一種由投影重建物體三維圖像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三維重建方法，具體涉及一種由投影重建物體三維圖像的方法， 屬于計(jì)算機(jī)圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 物體投影的過(guò)程是一個(gè)線積分的過(guò)程，如果需要得到物體內(nèi)部物理特性分布，可 以通過(guò)測(cè)量這些物理特性的線積分?jǐn)?shù)據(jù)，也就是它們?cè)谀骋粋€(gè)或若干個(gè)不同方向的投影 值，再將投影數(shù)據(jù)通過(guò)特定算法重建內(nèi)部參數(shù)分布。這一過(guò)程就是從投影三維重建的基本 問(wèn)題。投影圖像的重建問(wèn)題在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，存在有兩大類方法：變換重建法和迭代重建法。 迭代重建算法在許多方面有著變換重建算法所沒有的優(yōu)勢(shì)，尤其是在投影數(shù)據(jù)不完全的情 況下，迭代重建算法的重建精度要優(yōu)于變換法。
[0003] 迭代重建算法首先把待重建的區(qū)域離散化，將區(qū)域劃分為立方體的格子。在每個(gè) 格子內(nèi)部待重建函數(shù)認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。當(dāng)使用視覺傳感器采集投影數(shù)據(jù)時(shí)，每一條投影光 線對(duì)應(yīng)著圖像中的一個(gè)特定像素。所以每一個(gè)像素的值取決于投影射線穿過(guò)的所有格子內(nèi) 部的待重建函數(shù)值，i號(hào)射線在傳感器中產(chǎn)生的像素值是重建區(qū)域內(nèi)所有格子內(nèi)部待重建 函數(shù)的加權(quán)和。
[0004]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1;建立中屯、投影模型，先確定投影中屯、，再確定投影光線的空間結(jié)構(gòu)和空間位 置； 步驟2 ;獲得各個(gè)攝像頭內(nèi)外參數(shù)的最優(yōu)值； 步驟3 ;采用投影降維的方式，將計(jì)算空間從S維變?yōu)槎S，計(jì)算S維重建方程的投影 權(quán)重； 步驟4 ;采用代數(shù)迭代算法，由二維投影圖像重建物體的S維圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由投影重建物體S維圖像的方法，其特征在于，將拍攝 物體投影圖像的攝像頭光屯、確定為所述投影中屯、。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，將所述 投影光線的空間結(jié)構(gòu)確定為模形空間結(jié)構(gòu)，所述投影光線的空間位置由所述投影中屯、的坐 標(biāo)與投影點(diǎn)的坐標(biāo)唯一確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于：步驟2 包括W下分步驟： 步驟2-1 ;采用張正友標(biāo)定算法獲得參與拍攝的各個(gè)攝像頭內(nèi)外參數(shù)； 步驟2-2 ;將參與拍攝的各個(gè)攝像頭的鏡頭光圈及曝光時(shí)間調(diào)成一致，拍攝某個(gè)S維 物體的圖像； 步驟2-3 ;將步驟2-2各個(gè)攝像頭拍攝的圖像提取圖像質(zhì)屯、，連接圖像質(zhì)屯、和攝像頭光 屯、的空間直線是質(zhì)屯、投影線，通過(guò)攝像頭內(nèi)外參數(shù)計(jì)算質(zhì)屯、投影線的空間方程； 步驟2-4 ;根據(jù)合適的約束條件，將步驟2-1獲得的攝像頭內(nèi)外參數(shù)作為初始值，通過(guò) 最大似然估計(jì)算法，得到攝像頭內(nèi)外參數(shù)的最優(yōu)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，所述鏡 頭光圈設(shè)為F = 1. 4 ;所述曝光時(shí)間設(shè)為2ms。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，某個(gè)= 維物體是指球體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，所述約 束條件是指；所有攝像頭的質(zhì)屯、投影線交于一點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由投影重建物體S維圖像的方法，其特征在于，步驟3包 括W下分步驟： 步驟3-1 ;將重建=維圖像劃分成若干立方體格子，每個(gè)所述立方體格子尺寸相同且 內(nèi)部亮度值均勻； 步驟3-2 ;所述立方體格子投影到攝像頭成像面上，得到投影多邊形； 步驟3-3 ;所述立方體格子的投影權(quán)重是指所述投影多邊形面積與像素面積之比；按 此方法遍歷所有立方體格子，得到投影權(quán)重矩陣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種由投影重建物體=維圖像的方法，其特征在于，每個(gè)所 述立方體格子的邊長(zhǎng)為0. 1mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由投影重建物體三維圖像的方法。首先建立中心投影模型，將拍攝物體投影圖像的攝像頭光心確定為投影中心；然后對(duì)各個(gè)攝像頭進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，將質(zhì)心投影法則作為攝像頭標(biāo)定的約束條件以優(yōu)化攝像頭標(biāo)定精度；在計(jì)算投影權(quán)重時(shí)，采用降維的方式把計(jì)算空間由三維變?yōu)槎S，降低計(jì)算量；最后采用代數(shù)迭代算法還原出物體的三維圖像。發(fā)明所述的由二維投影圖像還原三維物體的方法，其計(jì)算模型較目前廣泛使用的平行投影模型更為合理，且補(bǔ)償了攝像頭標(biāo)定產(chǎn)生的誤差，因此具有很高的重建精度。且投影權(quán)重矩陣的計(jì)算復(fù)雜程度大大降低，節(jié)約了計(jì)算成。
【IPC分類】G06T17-00
【公開號(hào)】CN104574509
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510039581
【發(fā)明人】孫大為, 蔡艷, 朱俊杰
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日